“海西恩”系外行星可能是我们一直在寻找的外星生命的家园

随着天文学家不断发现大量系外行星，我们的太阳系——内部有极小的岩石行星，外部有气态巨行星——看起来越来越像一个怪异的系统。

当天文学家观察遥远太阳系中的恒星时，他们很少看到金星或地球的迹象。相反，这颗普通的内行星似乎介于岩石矮星和气态巨星之间。研究人员将这些无处不在的世界称为“迷你海王星”，认为它们是我们太阳系冰巨星的缩小版。

由于没有可供研究的本地版本，迷你海王星的性质仍然是个谜。但它们厚厚的大气层压得很大，导致许多研究人员怀疑这些星球只不过是贫瘠的氢和氦球。

现在，一组系外行星研究人员提出，至少有些迷你海王星可能与海王星完全不同。经过大量建模，​​他们发现其中一些行星上的大气压力可能使炎热但不烫人的海洋持续存在数十亿年。考虑到这种可能性，该小组得出结论，这种丰富的内行星可能拥有外星微生物，并且这些星球上的任何生命形式都会以天文学家很快就能轻松探测到的方式改变它们的大气层。

“这一结果大大扩大了我们发现生命的机会，”剑桥大学天文学家、新研究的主要作者尼库·马杜苏丹 (Nikku Madhusudhan) 表示。

微型海王星亮相

天文学家可以根据行星对其主星的影响方式推断行星的质量和大小，从而大致了解行星的主要成分是岩石还是气体。但当涉及到行星固体核心和大气层之间的细节时，研究人员大多一无所知。

然而，2019 年，一个团队利用哈勃太空望远镜观测到了一颗特殊的迷你海王星 K2-18b 的大气层。他们发现了水蒸气和云层的证据，这促使 Madhusudhan 和一些同事根据有关大气条件的新信息计算出可能的内部类型。

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去年，他们宣布 K2-18b 的一些可能版本可能拥有覆盖整个星球的海洋，尽管地球温度高、压力大、面积大，但至少部分地球生命可以忍受。“我们首次证明了行星可以比地球大得多，而且仍然具有宜居条件，” Madhusudhan 说道。

一个全新的世界

许多研究人员最大的愿望是找到一颗完美的地球孪生兄弟，拥有相同的质量、相同的大小和相同的轨道——距离恒星足够近，可以让水保持湿润，但又不会太近以至于水会蒸发掉。但在意识到 K2-18b（体积大约是地球的 17 倍，却包含 8 个地球质量）可能被水淹没后，马杜苏丹开始思考这个领域是否应该更广泛地思考。地球类似物可能对最终发明望远镜和互联网的复杂生物来说是理想的，但对在温泉和深海喷口中茁壮成长的简单细菌来说，这太过分了。

他说：“我们不要假设这些条件对人类来说是舒适的。”

研究人员放弃了传统的假设，将一组迷你海王星确定为宜居行星。他们发现，适当厚度和重量的富氢大气层可以充当高压锅的盖子，让无所不在的海洋即使在其主恒星旁边的行星所承受的高温下也能持续存在。研究人员将这类新行星命名为“Hycean”世界（发音为 HI-shun），这是“氢”和“海洋”的混合词。

研究人员描述了一颗典型的海塞亚行星以及两种符合其宜居定义的变体行星（温度低于约 250 华氏度，压力低于地球大气的 1,000 倍）。

教科书上的海西恩世界将全是海洋，没有大陆，蒸汽海洋中不断升起雾气。“暗海西恩”行星将是潮汐力调整其自转的行星，以便一侧永远面向恒星，就像我们的月球的同一侧永远面向地球一样。白天的一侧会炙热，而夜晚的一侧则保持相对凉爽。最后，“冷海西恩”世界的氢大气层可以捕获足够的热量，使行星即使在远离主恒星的温暖环境的情况下也能防止海洋结冰。

这三颗海西星扩大了可能被认为适宜居住的行星的范围，延续了近期系外行星科学的研究动向，研究人员正在寻求更为复杂的宜居性定义。

蒙特利尔大学天文学家 Björn Benneke 表示，我们有一个“寻找地球 2.0 的想法”他没有参与这项研究。但“也许还有其他方法可以找到地表上爬行的恐龙以外的其他生命。”

从候选人到确认

与天体生物学这个不可避免的推测领域的许多提议不同，海西亚假说可以直接进行检验，而且很快就能实现。

微型海王星遍布整个银河系。虽然其中许多海王星不具备形成和维持深海所需的压力和温度，但它们数量庞大，几乎可以保证其中一些海王星能够形成和维持深海。

Benneke 说：“即使其中有 5% 符合这一要求，他帮助发现了 K2-18b 大气中的水蒸气，“那里仍然会有很多行星。”

Hycean 候选者如此普遍，以至于天文学家甚至可以挑剔，专注于具有最理想观测条件的行星。在昨天发表在《天体物理学杂志》上的论文中，Madhusudhan 和他的同事确定了 11 个主要目标。

海星世界也拥有天文学家幻想的那种大气层。研究人员通过观察行星经过其主星前方的情况，了解大气层中的情况，并观察大气层阻挡了哪些波长的光，哪些波长的光会通过。

类似地球的大气层由氧气和氮气等重分子组成，这些分子紧紧附着在行星上，使大气层变得稀薄，难以看见。但海西恩行星被轻如羽毛的氢和氦分子包围，因此其大气层比地球大气层膨胀数十倍。马杜苏丹的团队计算出，在如此显眼的大气层中，天文学家应该能够利用即将发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 轻松探测到几乎完全由地球生物产生的少量化学物质。

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等待发现

如果詹姆斯·韦伯太空望远镜今年秋季发射顺利，那么寻找 K2-18b 大气中生命迹象的首次观测可能最早于明年进行。马杜苏丹估计，这架崭新的太空望远镜仅需 20 小时的观测就能发现其中一个假设的“生物特征”（如果存在的话）。他是已获准在詹姆斯·韦伯太空望远镜第一轮运行期间运行此类项目的众多研究人员之一。

一次探测并不能保证 K2-18b 中存在外星细菌，但它将激励其他天文学家寻找可以加强这一证据的其他生物特征。

“如果发生这种情况，就会打开闸门，”马杜苏丹说。“我们可能会在两到三年的时间范围内进行生物特征检测。”

本尼克正计划进行自己的生命搜寻观测，基于两种不同的推理。他打算在 TRAPPIST-1 太阳系中一颗岩石行星的大气中寻找初步生物特征，这些行星与地球较为相似。他还将研究一颗围绕暗淡恒星运行的微型海王星，这颗恒星可能是一颗海西星。

“有很多理由对这两条道路感到兴奋，”他说，“这是一个令人兴奋的时代。”